Alarme com Laser (ART2212)

Utilizando um laser de HeNe, descrevemos um sistema de proteção para ambientes de grandes dimensões como como terrenos de fábricas, estacionamentos, pastos, etc. A disponibilidade do laser em nosso país permite que tal tipo de projeto possa ser implementado com variações, dependendo da aplicação específica.

 

Obs. O artigo é de 1992. Atualmente podemos usar o circuito com pequenos LASERs semicondutores tipo LASER pointers.

Os sistemas de alarmes fotoelétricos que utilizam uma fonte de luz e um foto-sensor como um LDR ou um foto-transistor possuem grandes limitações em relação ao espaço protegido, tanto pela sensibilidade do elemento receptor como pela potência do elemento emissor.

Com a utilização de um laser, uma fonte poderosa de luz que é emitida num feixe estreito (evitando assim perdas ou a dispersão em relação ao sensor) um sistema de proteção fotoelétrico pode ser usado para proteger espaços enormes.

A idéia básica é utilizar o laser como fonte de luz e um sensor convencional que recebe o feixe. Qualquer interrupção do feixe de luz leva o circuito ao disparo, com o acionamento de um sistema de aviso ou alarme.

Para proteger um ambiente de grandes dimensões podemos usar espelhos que levarão o feixe de luz a um percurso fechado, conforme mostra a figura 1.

 

Figura 1 – Usando espelhos
Figura 1 – Usando espelhos

 

A interrupção momentânea do feixe em qualquer ponto levará o circuito ao disparo. Os espelhos devem formar ângulos de 45° com os feixes de luz para que a reflexão ocorra nas direções desejadas.

Na proteção de um terreno de grandes dimensões, este sistema pode ser bastante eficiente, mas devemos observar que a altura do feixe também deve ser estudada para que a passagem de pequenos animais , tais como, gatos, não venham causar o disparo.

Uma característica importante do sistema é que o feixe de luz do laser não pode ser visto lateralmente, a não ser que haja poeira ou fumaça em quantidade; isso torna a descoberta do sistema bastante difícil por parte do intruso.

A distância máxima que pode haver entre a fonte de laser e o sensor está determinada pela eficiência do sensor e, pela eventual dificuldade em se posicionar os espelhos.

Mesmo um laser tem uma certa abertura no seu feixe, o que quer dizer que a uma centena de metros, um pequeno espelho já não pode captar e refletir todo o feixe e no segundo espelho a quantidade de luz refletida será ainda menor.

Com um circuito sensível entretanto, focalizando-o diretamente para a direção de onde vem a luz podemos ter um alarme eficiente. Os circuitos que propomos a seguir podem ser utilizados de diversas formas.

Descrevemos dois circuitos monoestáveis e um biestável que pode servir de ponto de partida para sistemas de proteção de maior complexidade.

 

CIRCUITOS

O primeiro circuito, mais simples utilizando como sensor um LDR comum, pode ser usado num sistema de alarme em que a potência de luz incidente no sensor ainda seja alta.

Podemos empregá-lo numa barreira de luz direta ou com no máximo uma reflexão e uma separação efetiva entre o sensor e o laser de até 100 metros, (figura 2).

 

Figura 2 – Usando um LDR como sensor
Figura 2 – Usando um LDR como sensor

 

O laser deve ser focalizado para que seu feixe incida no sensor (LDR); nesse caso, o monoestável se mantém em condição de espera, com um ajuste de maior sensibilidade feito no trimpot P1.

Com a interrupção da luz, a tensão na base do transistor sobe momentaneamente, fazendo com que este seja levado próximo da saturação e com isso fazendo a tensão do pino 2 do monoestável cair a menos de 2/3 da tensão de alimentação.

Em conseqüência o monoestável muda de estado, passando sua saída do nível baixo para o nível alto por um tempo determinado pelo resistor R3 e pelo capacitor C1, (figura 3).

 

Figura 3 – Circuito monoestável
Figura 3 – Circuito monoestável

 

 

Este capacitor deve ser escolhido para proporcionar o tempo de acionamento do sistema de aviso. Valores da ordem de 100 uF proporcionarão um tempo de ordem de 1 minuto ou mais.

O resistor R3 pode ser aumentado até 2,2 M ohms, mas não recomendamos que C1 passe dos 1000 uF pois eventuais fugas existentes normalmente em capacitores eletrolíticos podem comprometer o funcionamento do sistema.

A saída do 555 é levada a um transistor, polarizando-o em nível alto de modo à levá-lo a saturação; nesse momento o relé K1 atraca, controlando com isso o sistema externo de aviso ou alarme.

O circuito em questão funciona bem tanto em 6 como em 12 V, bastando para isso que se escolha o relé de acordo com a tensão.

Os resistores deste circuito são de 1/8 W e os capacitores eletrolíticos devem ter tensões de trabalho de 6 ou 12 V pelo menos, conforme a tensão de alimentação.

O espelho usado na reflexão do feixe para cada reflexão deve ser do tipo comum, com pelo menos 4 x 4 cm.

A medida que nos afastamos da fonte laser, podem ser necessário ir aumentando as dimensões do espelho para compensar eventuais perdas.

Urna característica interessante deste sistema, no caso de uma barreira com um único espelho, está na possibilidade de tanto o laser como o sensor ficarem no mesmo local, (figura 4).

 

Figura 4 – Posicionamento do LASER e do sensor
Figura 4 – Posicionamento do LASER e do sensor

 

 

Se o laser apontar diretamente para o sensor, em uma distância inferior a 20 m a intensidade da luz pode ser grande demais, exigindo um recurso óptico para sua redução. Trata-se de um tubo plástico do tipo usado para embalar filmes fotográficos, colocado sobre o LDR.

O segundo circuito mostrado na figura 5, é indicado para maiores distâncias e maior número de reflexões.

 

   Figura 5 – Circuito para distâncias maiores
Figura 5 – Circuito para distâncias maiores | Clique na imagem para ampliar |

 

Com este circuito o sensor pode ser também um foto-transistor (Darlington) com um pouco menos de alcance.

O processo da instalação é o mesmo: o feixe do laser, após as reflexões desejadas, deve incidir no sensor.

O trimpot P1 deve ser ajustado para maior sensibilidade. A colocação do sensor num tubo apontado para a direção de onde procede o feixe de laser evitará a interface da luz ambiente. Podemos alimentar o sistema tanto com 6 como 12 V de bateria, bastando para isso usar o relé correspondente.

Os resistores são todos de 1/8 W ou ¼ W com 10 ou 20 % de tolerância e os capacitores eletrolíticos devem ter uma tensão de trabalho igual ou maior que a tensão de alimentação.

Neste caso também, R3 e C1 determina o tempo de acionamento do alarme.

O valor máximo de C1 para um tempo da ordem de 45 minutos é de 1000 uF. Valores maiores instabilizam o circuito devido às fugas.

Na figura 6 damos uma sugestão de disposição de elementos para a proteção de um grande terreno.

 

Figura 6 - Instalação
Figura 6 - Instalação

 

As dimensões dos espelhos devem ser escolhidas de modo a receber inicialmente todo o feixe ou o máximo de luz e refletir também o máximo para o espelho seguinte o que facilitaria o seu posicionamento.

Espelhos de 4 x 4 cm podem ser usados, sem muitos i problemas de posicionamento.

Paraum disparo biestável, ou seja, em que o corte de luz provoca o disparo permanente do sistema de aviso ou alarme temos a possibilidade de usar o módulo de controle descrito no site.

O circuito, mostrado na figura 7 utiliza três circuitos integrados e duas entradas independentes.

 

Figura 7 – Módulo de controle
Figura 7 – Módulo de controle

 

Podemos aproveitar um circuito integrado 555, e um flip-flop dos dois sinais existentes no 4013, ativando assim um único relé. A outra metade do circuito (outro 555 e metade do 4013) pode ser aproveitada para um segundo sistema de alarme, com outros tipos de sensores.

A entrada com o foto-sensor, um LDR comum, é feita segundo a configuração mostrada na figura 8 do artigo que descreve o módulo caso em que o trimpot controla a sensibilidade.

 

 


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